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一次典型的风力发电机组雷击灾害及防护措施分析 刘杨1徐峰1陈昌2陈慧3 1镇江市丹徒区气象局，镇江，212009 2广东省防雷中心，广州，510000 3肇庆市气象局，肇庆，526000 摘要：本文以南澳风电场风力发电机一次典型雷击事故为例，结合其自然条件及主观因索详细分析遭受雷 击的原因，并对受损的风力发电机组叶片、电力系统、控制系统等提出一系列科学有效的防护措施，对研 究海岛型风力发电场及发电机组的防雷设计有一定的参考意义。 关键词：风力发电机组；雷击损坏：原因分析：防护方法 引言 南澳风电场是我国第一个海岛型风力发电示范场和弧洲的最大的海岛发电场。地处南海 7， 北部，台湾海峡喇叭口西南端，东经116。53’一117。19’，北纬23。1l’一北纬23。32 全岛面积为10645m2，周围海域面积4600棚?，山峰连绵、山脊盘沿，平均海拔为400m左 右‘11 o风力发电机组主要沿山顶或者山脊分布，布设范围广、小区域内呈现线状12l。该区域 雷电活动频繁，2001--2010年共发生雷电事故4l起，其中电力系统18起，控制系统16起， 叶片7起，造成风电机组叶片、变压器、控制模块等部件损坏，直接经济损失超过于万元。 本文以南澳风电场一次典型的雷击事故为例，结合其自然条件及主观因素，分析受损原 因，并提出相应的防护措施，这对研究海岛型风电场雷电防护有一定的参考意义。 1雷击事故实例 2010年6月16日下午2时30分到5时30分，南澳风电场附近出现强对流雷雨天气， 根据广东省雷电信息监测网资料显示，最强烈的一次闪击雷电强度高达153．4kA，共有四次 回击，陡值为5．1kAAfs，闪电能量为218．2，。 1．1直接雷击造成的损害 风电场内…台风电机组叶片的叶尖部分被雷电直接击中，导致叶片高温起火造成烧毁： 接地网的暂态过电压反击造成箱式变压器一个高压侧避雷器受损； 部分雷电流沿着塔筒内部的电气、信号线路传导，导致箱式变压器低压侧一个避雷器击 穿，两个低压侧开关、…个50A(0．69kV)保险被损毁： 由于雷电过电压超过线路避雷器阈值，三相线路避雷器相对地及相间有放电痕迹，避雷 器损坏，瓷瓶破损。 1．2雷电感应造成的损害 感应雷形成的感应电场沿机舱尾端的避雷短针进入，以感应过电流的形式沿机舱内部的 电源、信号线路传导，造成风况、风速信号模块、控制柜内两个通信驱动器模块受损； 35kV的架空线路上感应出过电压，造成主变高压侧开关跳闸： 感应过电压还沿着电话线路侵入中控楼内相关设备，造成两台监控计算机及一部电话损 坏。 2现场勘察 2．1地质特征 南澳风电场的土质主要以风化土为主，表层多为乱石，土壤含水量低，电阻率高且分布 不均，山脊处土壤电阻率为1000--2500Q·m，个别泉水处附近±壤电阻率为300一 500Q．m131。 2．2气象条件 受亚热带气候影响，南澳县强对流天气活跃，雷电活动频繁。根据气象统计资料， 1951-2010年汕头地区平均年雷暴日为47d，每年5—8月为雷电活动最强烈的阶段。其中6、 7月的雷灾事故最多，占到所有雷灾事故的一半以上141，雷击电流平均值为27．3kA。 2．3风电机组成部件及已有防雷措施 2．3．1部件组成 受损的风力发电机组由风轮(含3片桨叶)、塔架、变速箱、发电机自动控制系统、液 压制动系统、偏航系统等组成。风杆轮毂高70m，风轮直径77m。 2．3．2风轮叶片 叶片由不能传导雷电流的复合材料制成，仅在叶尖部分设置有金属导体，接闪面积较小。 机舱尾部上端设有一根高80cm，巾lOmm的镀锌圆钢制成的避雷短针。 2．3．3电气系统 风力发电机组单机容量为1．5MW，发电机输出电压为690V。距风电机组约15册处，配 线。变压器的低雎侧与风电机组发电机的输入端通过埋地电缆相连，高压侧与远处的变电站 通过架空线路相连。 塔内箱式变压器高低压两侧虽已安装SPD．但参数不能满足雷电流泄放要求。机舱到 控制箱690V主电缆金属屏蔽层，仅安装一级电源SPD，且只有一端接地。控制箱到变压器 690V主电缆金属屏蔽层地下埋深仅约35cm。与变压器相连的3